JPH06132900A - 光空間伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 光送信器と受信装置との間に障害物があって
も，または光送信器が移動しても安定な光通信を可能と
する。 【構成】 複数台の光送信器において，相互に周波数が
異なる搬送波が送信すべき信号によってそれぞれ変調さ
れ，光信号に変換されて送信される手段と，受信装置に
おいては，複数の光送信器から送信された光信号のそれ
ぞれが少なくとも１つの受信ヘッドによって受信され，
受信された信号は，搬送波の周波数ごとに分離されて復
調されることにより，すべての光送信器から送信された
信号が別個に取出される手段とを備えた光空間伝送装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光信号を空間的に送受
する光空間伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光は直進性をもつので，送信器と受信器
との間に障害物が存在すると光通信が妨げられる。ま
た，送信器が複数台ある場合や，１台であっても移動す
るような場合には，光信号の受信が必ずしも安定に達成
し得ないことがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は，送信器が
移動自在に設けらている場合や複数台の送信器が存在す
る場合等において安定な光通信を可能とする光空間伝送
装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明による光空間伝
装置は，移動自在または固定的に設けられた複数台の光
送信器と，上記光送信器から送信される光信号を受信す
る受信装置とから構成される。

【０００５】上記の複数台の光送信器は，相互に周波数
の異なる搬送波を送信すべき信号によって変調する変調
手段と，変調された搬送波を光信号に変換して送信する
手段とをそれぞれ備えている。

【０００６】上記受信装置は，上記複数の光送信器から
送信される光信号のそれぞれを少なくとも１つが受信し
うる位置に配置された複数の受信ヘッドと，これらの受
信ヘッドの受信信号を上記搬送波の周波数ごとに分離し
て復調する手段とを備えている。

【０００７】

【作用】複数台の光送信器において，相互に周波数が異
なる搬送波が送信すべき信号によってそれぞれ変調さ
れ，さらに光信号に変換されて送信される。

【０００８】受信装置においては，これら複数台の光送
信器から送信された光信号のそれぞれが少なくとも１つ
の受信ヘッドによって受信される。受信ヘッドによって
受信された信号は，上記搬送波の周波数ごとに分離され
て復調されることにより，すべての光送信器から送信さ
れた信号がそれぞれ別個に取出される。

【０００９】

【発明の効果】受信ヘッドは一般に適当な角度の受信指
向性をもっている。移動するまたは固定的に設けられた
複数台の光送信器から送信される光信号の全受信範囲を
複数台の受信ヘッドがカバーしうるように受信ヘッドが
配置されているので，光送信器が移動してもまた中間に
障害物が存在しても確実に光信号が受信される。

【００１０】また，少なくとも１つの受信ヘッドが光信
号を充分な強度（ＳＮ比）で受信するので，受信信号の
再現，たとえば復調は充分に可能である。

【００１１】さらに，複数の光送信器において周波数が
相互に異なる搬送波が用いられ，受信装置において受信
信号が上記搬送波の周波数ごとに分離されて復調される
ので，各光送信器から送信された信号を別個に区別して
取出すことができる。

【００１２】

【実施例】この実施例は，この発明を光無線式ＡＥテレ
メータ装置に通用したものである。

【００１３】(1) 光無線式ＡＥテレメータ装置の概要 工作機械における工具の磨耗，折損その他の異常を，切
削加工および折損時に発生するアコーステック・エミッ
ション（以下ＡＥという）を利用して，監視，自動検出
するシステムがある。光無線式ＡＥテレメータ装置は，
このようなシステムにおいて，ＡＥセンサから得られる
ＡＥ信号の特定周波数成分を送信器から光信号の形態で
変調，送信し，これを受信器側で受信し，復調すること
により，元の特定周波数成分を再現するものである。

【００１４】図１は，光無線式ＡＥテレメータ装置の電
気的構成の概要を，図２は図１の各ブロックの出力信号
の波形をそれぞれ示している。

【００１５】工作機械の工具またはワークの近傍にＡＥ
センサ11が配置されている。ＡＥセンサ11から出力され
るＡＥ信号ａは増幅機能をもつ狭帯域通過フィルタ12に
送られる。ＡＥ信号のパワー・スペクトラムにおいて，
正常な切削加工時には50KHz付近にピークが表われ，工
具の磨耗，折損時には100 〜300 KHz 付近にピークが現
われることが多くの実験結果より分っている。フィルタ
12は100 〜300 KHz 付近に中心周波数をもつものであ
る。

【００１６】このようにして，工具の異常の有無，程度
を表わす周波数成分ｂがフィルタ12を通過し，エンベロ
ープ検波回路13に入力する。この検波回路13は信号ｂを
整流，増幅することにより，そのエンベロープをとるも
のである。検波回路13の出力信号ｃの波形が工具の異常
診断を行なう上で必要なすべての情報を含んでいる。

【００１７】パルス発振回路14は，信号ｃの波形に含ま
れる情報を破壊しない程度に低い周波数（たとえば100
Hz程度）でかつ同様に考慮されたパルス幅をもつパルス
ｄを発生するものである。このパルスｄは信号ｃととも
に合成回路15に入力する。合成回路15はパルス信号ｄに
よってオン，オフ制御される一種のスイッチング回路で
あり，信号ｃの表わすエンベロープを，パルスｄのパル
ス幅の間，零レベルに落す働きをする。これにより，信
号ｃの零レベルが明確化される。

【００１８】合成回路15の出力信号ｅはＦＭ変調回路16
において適当な周波数の搬送波を用いて周波数変調さ
れ，発光ダイオードおよびその駆動回路17に入力する。
信号ｅで変調された搬送波を表わす光信号が発光ダイオ
ードから空中に放射される。

【００１９】送信器10は以上に述べた回路12〜17から構
成され，これらの回路には電池，たとえばリチウム電池
により電源が供給される。

【００２０】ＡＥセンサが複数個設けられている場合に
は，各ＡＥセンサ11に対して送信器10がそれぞれ用意さ
れる。これらの複数の送信器10における搬送波の周波数
はそれぞれ異なっている。

【００２１】受信側の装置は，複数の受信ヘッド21とこ
れらの受信ヘッド21の受信信号を処理する受信器20とか
ら構成されている。

【００２２】受信ヘッド21は，発光ダイオード17から送
信される光信号を受信し電気信号に変換するフォトダイ
オード・アレイ22と，このフォトダイオード・アレイ22
の出力信号の増幅回路23とから成る。

【００２３】複数の受信ヘッド21の受信信号は受信器20
の加算回路24で加算される。相互に周波数の異なる搬送
波を用いた複数の送信器10からの光信号を同時に受信し
ている場合には，加算回路24の出力信号が中間周波数変
換回路25でそれぞれ中間周波数に変換されることによ
り，複数の送信器10の送信信号が相互に分離される。

【００２４】分離された各受信信号は周波数復調回路26
でそれぞれ復調される。

【００２５】温度変化等により搬送波周波数がドリフト
している場合等においては，復調された信号ｆにオフセ
ットが加わり，その零レベルが，エンベロープを表わす
信号ｃの零レベルと必ずしも一致しないときがある。信
号ｃの零レベルは信号ｅからも分るようにパルス成分の
最低ピーク値として明確化されている。そこで，クラン
プ回路27で，復調された信号ｆに含まれているパルスの
ピーク（最低レベル）が受信器20の零レベルに一致する
ように信号ｆがクランプ（レベル・シフト）される。

【００２６】このようにしてエンベロープ信号の零レベ
ルが正しく再現される。増幅機能をもつ低域通過フィル
タ28で，クランプされた後の信号ｇから零レベルを表わ
すパルス成分が除去され，エンベロープ信号ｃが信号ｈ
として再現される。

【００２７】上述のようにエンベロープ信号ｃの波形は
工具の異常診断を行なう上で必要なすべての情報を含ん
でおり，受信器20側でこの波形が正しく再現されなけれ
ばならない。ところが，搬送波における周波数ドリフト
等に帰因して復調後の信号ｆに直流成分が加算されてし
まうことがある。合成回路15においてエンベロープ信号
ｃに零レベルを明確化するためのパルス信号ｄを合成
し，復調後，信号ｆをクランプ回路27でクランプし零レ
ベルを再現しているので，エンベロープ信号の振幅が正
しく再現される。

【００２８】このように構成することにより，たとえば
ＦＭ変調において復調をＰＬＬ（フェイズ・ロックト・
ループ）を用いて行なう場合に，被復調波信号の周波数
と電圧（流）制御発振回路の自己発振周波数とにずれが
あってもその調整が不要となるとともに，変復調回路を
特に精密に構成する必要もなくなる。

【００２９】(2) 送信器と受信ヘッドの配置 ＡＥセンサ11および送信器10がロボットのアームのよう
な移動する物体に取付けられている場合や，送信器10と
受信ヘッド21との間の光路に障害物が侵入する可能性が
ある場合には，送信器10と受信ヘッド21ないしは受信器
20との光通信が妨げられる。これに対処するための配置
構成が図３および図４に示されている。

【００３０】図３は，移動する１つの送信器10（ＡＥセ
ンサ11を含む）に対処するために複数の受信ヘッド21が
配置された例を示している。

【００３１】送信器10は，位置Ｐ₁ から破線で示すよう
に位置Ｐ₂ ，Ｐ₃ に移動する。移動する送信器10からの
光信号を送信器10がどの位置にあっても受信できるよう
に，複数のたとえば３個の受信ヘッド21が設けられてい
る。

【００３２】これらの受信ヘッド21は同軸ケーブルで受
信器20に接続されており，受信ヘッド21の受信信号は受
信器20の加算回路24で加算されたのち復調回路（図３で
は図示略）に送られる。

【００３３】受信ヘッド21は適当な角度の受信指向性を
もっている。複数の受信ヘッド21の受信信号は加算回路
24で加算されるので，少なくとも１つの受信ヘッド21が
充分な強度（ＳＮ比）で送信光信号を受信していればそ
の受信信号は正常に復調される。

【００３４】送信器10といずれかの受信ヘッド21との間
に障害物18が存在しても，他の受信ヘッド21が送信され
た光信号を受信するので支障はない。

【００３５】送信器10が直線状に移動する場合には複数
の受信ヘッド21を直線状に配置すれば足りるが，送信器
10が直線以外の軌跡を描いて運動するときにはそれに応
じて複数の受信ヘッド21が配置されよう。もちろん受信
ヘッド21の数は必要に応じて選定される。

【００３６】図４は，ＦＭ変調のための搬送波の周波数
が互いに異なる複数台の送信器10が設けられた場合を示
している。

【００３７】複数の送信器10から送信される光信号のそ
れぞれを少なくとも１個の受信ヘッド21が受信できるよ
うに，複数の受信ヘッド21が配置されている。送信器10
と受信ヘッド21とは１：１に対応する必要はなく，図示
のように３個の受信ヘッド21でも５台の送信器10からの
光信号の受信が可能である。図１に示された受信器20と
同じように，送信器10の数に等しい数の中間周波数変換
回路25が必要となる。

【００３８】複数台の送信器10が移動する場合には，こ
れらの送信器10の移動範囲からの光信号をそれぞれ受信
できるように受信ヘッド21を配置すればよい。

【００３９】図３および図４における加算回路は複数の
入力信号を単純に加算するものでよく，たとえば演算増
幅器，その帰還抵抗および入力信号の数に等しい入力抵
抗からなる回路で実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】無線式ＡＥテレメータ装置の電気的構成を示す
ブロック図である。

【図２】図１に示すブロックの出力信号を示す波形図で
ある。

【図３】送信器と受信ヘッドの配置関係を示すもので，
１個の送信器が動く場合を示している。

【図４】送信器と受信ヘッドの配置関係を示すもので，
複数の送信器が設けられた場合をそれぞれ示している。

【符号の説明】

10 送信器 20 受信器 21 受信ヘッド 24 加算回路

フロントページの続き (72)発明者 エルンスト・ハー・ノルトホルト オランダ国 2628セーデー，デルフト，メ ーケルウェーフ ４番地

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動自在または固定的に設けられた複数
   台の光送信器と，上記光送信器から送信される光信号を
   受信する受信装置とからなり， 上記の複数台の光送信器は，相互に周波数の異なる搬送
   波を送信すべき信号によって変調する変調手段と，変調
   された搬送波を光信号に変換して送信する手段とをそれ
   ぞれ備え， 上記受信装置は，上記複数の光送信器から送信される光
   信号のそれぞれを少なくとも１つが受信しうる位置に配
   置された複数の受信ヘッドと，これらの受信ヘッドの受
   信信号を上記搬送波の周波数ごとに分離して復調する手
   段とを備えている， 光空間伝送装置。